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1、电动车用动力电池安全试验电动车用动力电池安全试验 技术的发展技术的发展 中国北方车辆研究所动力电池测试中心中国北方车辆研究所动力电池测试中心中国北方车辆研究所动力电池测试中心中国北方车辆研究所动力电池测试中心 王子冬王子冬王子冬王子冬 演讲者 王子冬 工作单位 中国北方车辆研究所 201所 经历 1982年毕业于北京理工大学车辆学院 学士学位 1992年 1993年在日本学习 重点学习日本的企业管理 产品开发 生产线管理 产品的市场开发 1994年回国后担任北方汽车质量监督检验鉴定试验所常务副所长 1996年曾去美国三大汽车公司学习汽车产品的研发技术 2002年至今担任国家863电动车重大专项
2、动力电池测试中心主任 现在受国家发改委和科技部的委托 主要负责电动车用各种动力 电池的测试 评价和产品认证工作 联系电话 010 83809250 Email wangzi 一一 动力电池安全测试标准和动力电池安全测试标准和 试验试验 我们在完成国家863电动车重大专项课题任务 过程中 积极开展测试方法研究工作 组织并 负责起草了我国汽车行业电动车用动力电池强 制检测标准 电动汽车用锂离子蓄电池 QC T 743 2006 电动汽车用金属氢化物 镍蓄电池 QC T 744 2006 电动汽车用 铅酸蓄电池 QC T 742 2006 参与了HEV EV电动车用动力蓄电池测试规范和国家重要技 术
3、标准的制定工作 我国的汽车行业涉及的动力电池安全标准我国的汽车行业涉及的动力电池安全标准我国的汽车行业涉及的动力电池安全标准我国的汽车行业涉及的动力电池安全标准 国家十五863计划电动车重大专项实施过程中 根据课题滚动制定了 相应的EV HEV车用锂离子蓄电池测试规范 2004年启动的动力电池汽 车行业标准制定工作 与重大专项同步实施 该系列标准于2006年8 月1日实施 已应用于发改委电动车公告管理强制性检测工作中 考虑到电动车用动力蓄电池的使用性能及使用特性 QC T 743 2006 明确了单体和成组或模块的划分 并将试验项目以单体和模块相应划 分 各项目检验标准依据国内外相关标准 国内
4、动力电池的研发水平 及电动车实际应用特性确定 均比国标的相应项目要求严格 特别值 得注意的是 在2005年行业标准的起草过程中 对于如何把握和评价 动力电池安全性能是非常慎重的 IEC62281 UL1642 UN38 3 联合 国危险物品运输试验和标准手册 美国USABC EV车用电池测试手册 美国Freedomcar项目 HEV车用电池测试手册等都对电池的安全测试有 详细要求 从科学 实用以及我国动力电池发展阶段考虑 在标准中明确的滥用 条件主要包括 短路试验 挤压试验 跌落试验 针刺试验 加热试 验 过充试验 过放试验等 并将单体及模块蓄电池的安全试验分别 要求 目前我正在起草国家新能源
5、汽车公告管理的电池测试标准 单体 20 放电容量功率测试 50 100 放电 容量 充放电特性测试 常温 高温荷电保持能力 大电 流放电试验 常规循环寿命试验 模拟工况循环寿命试验 安全试验 包括针刺 挤压 短路 过充 跌落 高温 等 模块 简单模拟工况 50 100 放电容量试验 耐振动试验 一致性测试 循环寿命试验等 安全试验 包括针刺 挤压 短路 过充 跌落 高温 等 单体 20 放电容量功率测试 50 100 放电 容量 充放电特性测试 常温 高温荷电保持能力 大电 流放电试验 常规循环寿命试验 模拟工况循环寿命试验 安全试验 包括针刺 挤压 短路 过充 跌落 高温 等 模块 简单模拟
6、工况 50 100 放电容量试验 耐振动试验 一致性测试 循环寿命试验等 安全试验 包括针刺 挤压 短路 过充 跌落 高温 等 目前主要项目目前主要项目目前主要项目目前主要项目 二 二 二 二 国内外电池性能的差异国内外电池性能的差异国内外电池性能的差异 国内外电池性能的差异 其中的曲线日本电池是模块数据 国内电 其中的曲线日本电池是模块数据 国内电 其中的曲线日本电池是模块数据 国内电 其中的曲线日本电池是模块数据 国内电 池是单体数据 池是单体数据 池是单体数据 池是单体数据 国内外几种电池的性能比较曲线国内外几种电池的性能比较曲线 高温 低温放电比较 0 00 20 00 40 00 6
7、0 00 80 00 100 00 120 00 Prius 市民 雅阁 新 市民 lexus A N Q CH L SH ZH 日立 放电率 20 放电 55 放电 能量密度 0 10 20 30 40 50 60 70 80 PRIUS 市民 雅阁 新 市民 lexus A N Q CH L SH ZH 日立 能量密度 Wh kg 简单模拟工况平均直流电阻 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 2 50 3 00 3 50 SOC95 78 10c SOC73 57 20c SOC51 35 10c SOC30 13 20c 阶段 直流电阻 m Prius Civic 雅阁 l
8、exus honda2 civic2 国外几种电池的性能比较曲线国外几种电池的性能比较曲线 2002 2005年HEV用镍氢电池能量密度变化趋势图 0 10 20 30 40 50 60 70 80 BL YSCLSZSP 研 制 单 位 能量密度 wh kg 2002 2003 2004 2005 我国我国我国我国HEVHEVHEVHEV用镍氢动力电池性能进展用镍氢动力电池性能进展用镍氢动力电池性能进展用镍氢动力电池性能进展 2002 2005年HEV用镍氢电池功率密度变化趋势图 0 200 400 600 800 1000 1200 BL YSCLSZSP 研 制 单 位 功率密度 wh
9、kg 2002 2003 2004 2005 我国我国我国我国HEVHEVHEVHEV用镍氢动力电池性能进展用镍氢动力电池性能进展用镍氢动力电池性能进展用镍氢动力电池性能进展 国外高功率型电池的比功率高 电池动态直 流电阻小 电池一致性好 可靠性好 电池 组在使用过程中的通风设计合理 环境一致 性好 管理系统简单 商品化水平高 国内电池的技术和生产水平与国外相比 还 有比较大的差距 我们应该加大电池研究 设计 生产方面的投入 认真分析产生差距 的技术原因 研究 具有自主知识产权 的解决 差距的方法 总总 体体 评评 价价 比比 较较 三三 锂离子电池安全试验问题锂离子电池安全试验问题 分析与讨
10、论分析与讨论 安全问题如何发生 安全问题如何发生 过充电时会出现容量损失或热失控过充电时会出现容量损失或热失控 电池挤压破裂或短路时排气和可能热失控电池挤压破裂或短路时排气和可能热失控 锂离子电池过充电时的安全问题锂离子电池过充电时的安全问题 因为过充会使正极脱出更多的锂从而在负 极上析出金属锂生成锂枝晶 过度脱锂的正极发生结构变化 同时有放 热反应发生 电解质有时机溶剂体系 会发生分解反应 甚至燃烧 影响锂电池安全性的影响锂电池安全性的影响锂电池安全性的 影响锂电池安全性的 因因因 因 素素素素 正 负极材料 隔膜 电解液 电池结构 使用条件 保护措施 电池安全性讨论电池安全性讨论 滥用条件
11、 短路 积压 针刺 过充电 高温 冲击 震动等 锂离子电池正极材料热特性锂离子电池正极材料热特性 材料名称材料名称LiCoO2LiMn2 O4Li NiCoMn O2LiFePO4 可逆比容量可逆比容量 mAh g 140100150145 中点电压中点电压 V 3 73 83 63 2 充电终止电压充电终止电压 V 4 254 354 33 85 对过充电的承受能力对过充电的承受能力 V 0 10 10 050 7 室温循环寿命室温循环寿命 cycles 60060010001500 55 循环寿命 循环寿命 cycles 3001003001200 DSC热流热流 kJ g 6501506
12、0010 无保护下的过充电无保护下的过充电4 9 3C 爆炸爆炸8V 3V 火焰火焰8V 3C 火焰火焰25V 3C 通过通过 价格价格 元元 Ah 20152212 可获得的电池比能量可获得的电池比能量 Wh kg 18010015090 LiFePOLiFePO 4 4 安全性最好 寿命长 极有吸引力安全性最好 寿命长 极有吸引力安全性最好 寿命长 极有吸引力安全性最好 寿命长 极有吸引力 试验完成情况试验完成情况 目前在试验室进行过试验的国内锂离子动力电池 企业有 深圳比亚迪公司 中信盟固利公司 北 大先行公司 ATL公司 天津力神公司 苏州星 恒公司 深圳雷天公司 天津十八所 洛阳天空
13、 能源公司等 国外企业主要是镍氢电池 如松下公司 三洋公 司 美国的江森公司 通用公司 超级电容器有美国的MAXWELL公司和韩国LS公 司 国外锂电池企业有美国依顿公司 比比 较较 我们在镍氢动力电池和高功率型锂动力电池方面 与国外差距比较大 在高能量型锂动力电池方面与国外差距不大 硬件差距主要体现在 电池结构 电池一致性 开发手段 电池生产工艺 电池生产设备水平 电池组合技术 电池组管理系统水平 电池组合 过程中的一些基础元件等 软件差距主要体现在 生产过程管理团队 产品 质量控制方法 产品设计理念 产品性能分析软 件 下一步应该首先解决的问题下一步应该首先解决的问题下一步应该首先解决的问
14、题下一步应该首先解决的问题 1 电池尺寸的标准化 系列化 2 电池一致性的认识 控制和测试 3 电池管理系统的简化和测试 4 电池结构 连接的改进和优化 5 电池组的高功率性能 安全性 可靠性的提高 6 生产设备和质量控制方法的研究 在此基础上才能降低成本 提高质量和产量 1 电池尺寸的标准化 系列化 2 电池一致性的认识 控制和测试 3 电池管理系统的简化和测试 4 电池结构 连接的改进和优化 5 电池组的高功率性能 安全性 可靠性的提高 6 生产设备和质量控制方法的研究 在此基础上才能降低成本 提高质量和产量 四四 动力电池试验的发展动力电池试验的发展 试验样品数量的不同试验样品数量的不同
15、 试验样品要求改进 根据电池组能量大小的不同 试验拟采用不 同的试验对象 如 电池组能量小的 考虑采 用电池组进行性能和安全试验 电池组能量 比较大的性能测试采用电池组 安全试验采 用10 20只串联的模块 寿命试验寿命试验 1 55 搁置寿命1 55 搁置寿命 其搁置寿命应不小于56天 8周循环 2 循环寿命2 循环寿命 循环寿命在容量不低于90 条件下 分 别应不小于800次和600次 组 3 55 加速循环寿命3 55 加速循环寿命 循环寿命应不小于200 300次 单体 环境适应性环境适应性环境适应性环境适应性 1 低气压1 低气压 2 振动2 振动 3 自由跌落3 自由跌落 4 恒定
16、湿热4 恒定湿热 放电容量应不低于额定容量的90 5 高温下模制壳体应力5 高温下模制壳体应力 外壳不能发生导致内部组成暴露的 物理形变 安全保护性能安全保护性能安全保护性能安全保护性能 1 过充电保护1 过充电保护 2 过放电保护2 过放电保护 3 短路保护3 短路保护 安全要求安全要求安全要求安全要求 1 过充电 1C 10V时间为90min1 过充电 1C 10V时间为90min 2 强制放电 1C电流对电池进行反向充电 时间不低于90min 2 强制放电 1C电流对电池进行反向充电 时间不低于90min 3 外部短路 3 外部短路 且电池外表面温度不高于150 4 针刺4 针刺 5 挤压5 挤压 6 撞击 重量9 1kg的重物从610mm高度 自由落到电池中心的钢棒上 6 撞击 重量9 1kg的重物从610mm高度 自由落到电池中心的钢棒上 7 高温烘烤 150 7 高温烘烤 150 8 机械冲击 125 175g 3ms 8 机械冲击 125 175g 3ms 9 温度冲击 75 2 9 温度冲击 75 2 20 5 20 2 搁置4h 谢谢与会领导谢谢与会领导谢谢与会领导
